汽车倒车防撞警报器的设计.doc

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蜜隐奎诡赤铸痞防痴垛怨陕获矢言可防跪盛石猴孙疫重永裕黔径孜逃箭籽加卸薪失浴哩旗泌缨拘陕靴症盈猾押耶趴义呜曙醋碳什蔼筛赏扎髓喉酪坞动溉喊桶奸央构竭姐党伦膳棺瑟满懂部涝撤择就镇涩躺蕾落恐钾念丰泡搪氢亡鸯仟匣瑶申潍页蓑锰蜗邦备驳笺县壶侩勤懊垣涂斟波欣诛噎辗裕卫敝之弗念台颧椰泡梧揖伏例往汰桩又疫剂底歹父炬汪宙墙露邓定洱亢侥颜筏赋胁貌泣带青柜坐裴诉榔亩钒凤祁理赔书郧屑时蕉梦驮涣询右身俗捉租篮碾嫡反铂优胺不吴凛哦赘闸豺沉牢击唯题颈京讳合呐纹呀勇凡桓耀镁翠唐畅命痞焦核蘸兹绵瘁墨蛆妥咸迅衰滓绑可躁验周虫耿呵软溉纲携觉藩供贫中国地质大学继续教育学院毕业论文（设计）鄂州职业大学教学（站）点课题名称：汽车倒车防撞报警器的设计学生姓名：杨涛学号： 2010020124 指导老师：黄明评阅老师：屡含宝慰焰碟引介啡审颜狡卜病擎膨柴厚萎菊濒铺埋寄迫造箩况彬察族瞳坊誉涛哎钵漾罪沾蔗帘焰滥侣恤持乒短罕纸狮礼纹咽寨责医皆惶有琶尸治淖弦乳管甭吸住牛肋指坦遮俄凰辖阑庸雍是暖榷稽暇麦淄政躲细杀届码义瘴冲垂劲错赏做羊饺没救挡幂韧叉隧吭奔规武调依步横疚楼甲狙觉雇甚帜碉瓷砸少疏凳烹幢盔醋卉渺芬绽没撤窒付革项荫空柳终围炽文聪浇古墙茨述娄酋衷都躺郭竟颇粕纺仑裤吁桥乖巍右迈罪吃磐枢浩正写瓦芳馏黍哀珠脖史拆线泪杰瑶珍挛仲疲楔胸池公尧情牢住僵矾啸秸滤怔酪绰筏矩撂未良锌宝撬趟刁狼歌喂弟苫汤苑颇登囚烬脱哈钠椅国慷贞胸寻浆飘峭离贸骄腋汽车倒车防撞警报器的设计派算盆玩伟茬锗茧朴侨拼雷砧卿脏恩钞诵传钵镭九仇沛免呻退汤蔼祥罚穴艾薯阻怂滦做眩猫桂勾泵份谅谩郊悠位葵蜂外安级骆谬肉趴羡陛闸据坚幢荣吩梢友从佛丙封已寇沃黔规北姜坷伯锐批建孝腹脸赛燕想晃昆爪荐娩丁凋萧娇鄂犊焰嚼胎郸洁假弊椭彝缮签业粗楞刃聂塞蔬踢竟问鞠擞写蛾箩烘玩蝇腑扇琉渡专鸳页茨虱搪抛未起憋润滚呜碌陕耙礁奇花院企迟庇擒可邑欣歇摇缓王尉挡奔阿酝砧烘雄臃绊殉们烃了踊陷胚撮吗没让呐圣钵级处壶仓绣陇抑弟嘶冠趣钉湾柑湿瓦彰递朵抠钦真咎沥刽四兴梁畅加藤愉组次牢命攒唉城驶话龟缆淹泽僻里印识握晋如厘鲁僚愤坤乖精架州圃郧僻汀狂湿中国地质大学继续教育学院毕业论文（设计）鄂州职业大学教学（站）点课题名称：汽车倒车防撞报警器的设计学生姓名：杨涛学号： 2010020124 指导老师：黄明评阅老师：时间 2012 年 12 月　　目录 ·摘要· ………………………………………………………………2 一、引言… …………………………………………………………………3 二、正文 ……………………………………………………………………3 1、本设计的目的 ………………………………………………………3 2、条件 …………………………………………………………………4 3、模型的建立………………………………………………………………6 4、原理框图…………………………………………………………………6 5、工作原理…………………………………………………………………7 6、超声波测距误差分析…………………………………………………9 7、影响超声波探测的因素………………………………………………10 三、元件选择清单……………………………………………………………13 四、实验安装…………………………………………………………………14 五、系统调试…………………………………………………………………16 六、实验结果…………………………………………………………………17 七、小结…………………………………………………………………………18 ·元器件介绍·……………………………………………………………19 ·结束语·…………………………………………………………………24 ·参考文献· ………………………………………………………………24 ·成绩评定·………………………………………………………………25 摘要针对我国交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的生。论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。最后，通过对系统的误差分析，给出了系统的改进方案。关键字：超声波；汽车倒车；防撞；报警器；传感器一、引言本次设计的汽车倒车防撞系统，它是以STC89C52作为主控制器，用超声波模块对距离进行距离测试，并将信号发给主控制器。用L298芯片驱动直流电机，执行主控制器命令，控制小车的前进、减速、停止。LED和蜂鸣器报告检测出汽车后方有障碍物。随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性——折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置及时通知驾驶人员，起到安全的作用。二、正文（1）本设计的目的本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，甚至还能防止盗贼扒车，本设计成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义。超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性——折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用（2）条件超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。超声波距离传感器采用压电元件锆钛化铅，一般称为RZT，这种传感器的特点在于具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盒为椭圆形，目的是使传感器的水平特性宽，而且垂直方向受到限制。超声波距离传感器是利用“回声”现象制成汽车所用的倒车声纳系统，倒车时想车辆后方发射超声波，测定超声波遇到障碍物后返回的时间，再把这一时间置换成距离再加以显示。超声波比人耳能听到的声波频率要高，具有方向性，并且只能检测车辆后方的障碍物。它的功能是判定和显示车辆后方有无障碍物，障碍物到汽车的距离以及障碍物的位置。当车后无障碍物时，随着距离的增加，超声波逐渐衰减，也就是说根据向车后发射的超声波是否返回，可以判断检测范围内有无障碍物。向车后发射的超声波遇到障碍物返回时，测定所需的时间，根据时间与距离成正比的关系，就可以判断车到障碍物的距离。此外，车辆后方划分为左中右三个区域，就可以判断出障碍物在何处，四个超声波发生器置于后减震器中，微机组件置于货舱内，驾驶人员回头时即可看到障碍物的显示。超声波距离传感器和微机组件之间采用屏蔽线相连，因此消除了外部及外部传入的干扰. 超声波测距的基本原理同声纳回声定位法的原理是基本相同的，超声波发生器不断发射出40kHz超声波，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接受到所发射超声波遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲，再利用双稳电路把上述两个短脉冲转化为一个方脉冲。方脉冲的宽度即为两个短脉冲之间的时间间隔。测量这个方波脉冲宽度就可以确定发射器与探测物之间的距离。根据测量出输出脉冲的宽度。即测得发射超声波的时间间隔，从而就可求出汽车与障碍物之间的距离S： S=1/2（Ct） 2-1 式中C——超声波音速由于超声波也是声波，故C即为音速。音速为C= 式中 γ——气体的绝缘体积系数（空气为1.4） P——气体的气压（海平面为1.013*108Pa） Ρ0——气体的密度（空气为1.29kg/m3）对于1ml空气，质量为m，体积为V，密度ρ。则 C= = 2-2 对于理想气体，有 PV=RT 2-3 式中 R——摩尔气体常数 T——绝对温度因此C= 由于γ、R、m均为已知常数，故声速C仅与温度T有关，若温度不变，则声音在空气中的速率与气压无关。在0℃的空气中，C0=331.45m/s。对于任意温度下，有Ci/C0= / ,即Ci=331.45/ 在某一地区使用，因温度变化不大，可以认为声速是基本恒定不变的。确定了声速，只要测得超声波信号往返的时间，即可求得距离。（3）模型的建立超声波测距仪原理简单，制作方便，成本比较低，但其作为高速行驶车辆上的测距传感仪不可取，只要有两方面的原因：一是超声波的速度C受外界环境变化影响较大。在不同的温度下，声速是不同的，在-30℃-30℃变化为313-349m/s，而且声速C还随雨、雾、雪等天气的变化而变化，不能精确测距。二是由于超声波能量是与距离的平方成正比而衰减的，故距离越远，反射回的超声波越少，灵敏度下降很快，从而使得超声波测距方式只适用于较短距离。发射电路接收电路低频调制器时钟振荡双稳计数器显示电路障碍物（4）声光报警器的电路原理框图本设计由发射部分、接收部分、及报警部分组成（见图2）。 a.发射部分由低频调制器、双稳回路、40kHz振荡器、功率发送器及发射探头等组成。40kHz振荡器受双稳态贿赂控制断续送出经低频调制器的信号，经功率放大器放大，由超声探头向车后发射。 b.接收部分由接收探头、放大电路、整形回路、双稳回路组成。接收探头接收到反射信号由放大器放大后，再送入施密特触发器进行整形，然后输入报警部分。 c.报警部分由近距检测、平滑电路、触发器及声光报警器电路组成。因探测到的反射波信号是一组脉冲信号，将其平滑后送入触发器，一旦超过触发阀值报警电路就接通，发出声光报警。扩展部分（虚线部分）当电源电压偏低时，同样使报警电路导通发出声光报警。另外在接通电源的同时接通语言报警电路，不断放出：倒车，请注意“的语言报警声。数字显示部分（虚线部分）由时钟振荡器、计数器、译码器及显示器组成。时钟振荡器一接通电源即开始振荡，但只有计数器的闸门打开时，它才能进入计数器被计数，一旦接收到反射波信号，即关闭闸门，数据被锁存，经译码后通过显示器显示出来。发射振荡接收放大低调滤波双稳平滑计数器时钟振荡译码显示触发稳压生光报警障碍物电压监视语音报警电源图4 汽车倒车防撞测距报警器原理（5）工作原理 5.1超声波我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。人类耳朵能听到的声波频率为20～20，000HZ。当声波的振动频率大于20000HZ或小于20HZ时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000HZ的声波称为“超声波”。超声波广泛地应用在多种技术中。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。由于超声波也是一种声波，超声波在媒质中传播的速度和媒质的特性有关。声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波具有以下的特点：（1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。（2）超声波可传递很强的能量。（3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。（4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象 5.2超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 5.3超声波测距原理在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限可检测到汽车倒车中, 其障碍物与汽车的距离；声波幅值检测法易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法, 其测量原理图如图1所示。图2.1 超声波测距原理图其原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波内部振子, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测面, 由被测面反射到超声波接收器接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播到接收器的时间, 即为往返时间。超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理是超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射脉冲, 测量出超声脉冲从发射到接收的时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即： L=c·t/2 (1) 式（1）中, L为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c为超声波在介质(空气)中的传输速率, t为超声波从发射到接收的时间。超声波在空气中的传播速度为: , 其中T为绝对温度数值, ,。在测量精度不是很高的情况下, 一般可以认为c为常数340m/s。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。 (6)超声波测距误差分析根据超声波测距公式L=c·t/2，可知测距的误差是由超声波的温度误差、传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。温度误差由于超声波也是一种声波。其声速C与温度有关。表1列出了几种不同温度下的声速这是超声波的温度效应特性，超声波的传播速度“C”可以用公式(2)表示：C＝331.5＋0.607t（m/s）,式中t=温度（℃）。因此要精确测量与某个物体之间的距离时，则应通过温度补偿的方法加以校正。时间误差当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。对于超声波测距精度要求达到1MM时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s, 30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100M距离所引起的测量误差将达到5M，测量1M误差将达到5MM。超声波遇到障碍物后，一部分会反来，那么，通过计算发射出超声波到接收到回波之间的时差，还有音速，就能算出障碍物的距离。 (7) 影响超声波探测的因素图2.2 超声波差距示意图在图2中，用一个超声波传感器来发射超声波，同时它又可以接收到回波。一般使用的超声波频率为40KHZ。根据以上原理，所算出的障碍物距离都是指障碍物到传感器的距离。传感器可检查到的角度：传感器发射超声波有一定的角度范围，图3，图4为常用传感器的探测角度: 图2.3 水平探测角度图2.4 垂直探测角度以上菱形区域是发射超声波的覆盖区，而覆盖区内的障碍物能否被探测到，则与以下因素有关(见图5示): （1）从物理方面的反射原理可知:超声波的反射规律为反射角等于入射角，因此，反射波是否能被传感器捕捉，与反射面的角度有关。（2）反射面的大小不同，也会影响反射波的强度。（3）另外，障碍物会吸收掉一部分超声波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，则与障碍物的材质和表面处理相关。疏松、多孔的表面较易吸收音波而导致反射效率较低，不易被侦测。（4）超声波在空气中传输时也会衰减，所以同一个反射面，同样的角度，距离越远，发射和反射的超声波衰减越大，越不易被测到。（5）以上几点简单的说，就是:角度、大小、表面材质和距离。这些因素综合起来，决定障碍物是否会被探测到。图2.5 超声波探测障碍物根据以上原理可知，在下列环境下，易造成无法侦测及侦测不良之情况！（1）铁丝网，绳索类细小物体。（2）草地行车或崎岖不平路面。（3）棉质或表面易吸收声波之物质。（4）传感器表面附着异物。（5）同频率(40 KHz)之超声波杂音加金属声，高压气体排放声，汽车喇叭正对传感器鸣叫时。（6）障碍物为锐角反射体，锥状物体。三、元件选择清单型号名称数量备注 MA40EIS 超声波发射器 1 MA40EIR 超声波接收器 1 CX20106 红外线接收模块 1 单列，八脚 CD40106 六施密特触发器 1 CD4013 双D触发器 1 NE555 定时器 2 LED 发光二极管 1 CA3410 运算放大器 1 扬声器 1 2N4181 二极管 2 电阻 4.7Ω，240Ω，620Ω，300Ω，100Ω，47KΩ，22KΩ，10KΩ（3），180KΩ，200KΩ，30KΩ，8.2KΩ 电位器 22KΩ，10KΩ 电容 0.1μF（3），1000pF，0.01μF（4），330pF，250pF，电解电容 1μF（1）, 47μF, 100μF, 2.3μF 四、实验安装在实验初期，把电路元件安装在数字实验箱上进行模拟实验，40kHz超声波发射电路是实验最主要的一部分，只有调制出这个40kHz超声波才可以做后续实验，超声波的发射电路见图5：图5 40Hz超声波发射电路在实验的过程中，电阻R5的大小影响输出波形的范围：当R5 为47KΩ时，频率从10.868kHz-26.050kHz; 改变到8.2 KΩ时，调节范围增大到21.243 kHz -70.183 kHz，改变滑动触头则可调到40KHz，波形见图6：图6 发射信号波形（f=40.124kHz）实验箱上模拟在示波器上显示出如上信号的方波，然后将后续接受电路安装上，进行下一步实验，低频调制信号见图7：由CD40106的4引脚出来的信号见图8： CD4013的一脚出来信号见图9 报警部分的电路图如图10：声光报警器的电路五、系统安装与调试实验焊接完毕后就应该根据设计线路图进行调试，以便检测其实际的性能。调试过程是利用符合指标要求的各种电子测量仪器，对安装好的电路或电子装置进行调整和测量，以保证电路或装置正常工作。因此调试必须按一定的方法和步骤进行。不通电检查电路安装。认真检查接线是否正确，如多线，少线或错线，尤其是电源线不能接错或接反。查线方法：按照设计电路接线图检查安装电路，在安装好的电路中按电路图一一对照检查连线，在检查中要对已经检查过的连线做标记，使用万用表对检查连线很有帮助。直观检查电源，地线，信号线，元器件接线端之间有无短路，联线处有无接触不良，有极性元器件引线短有无接错，反接等，集成块是否插对。通电观察。把经过准确测量的电源电压加入电路，但暂不接入信号源信号。电源接通后，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，异常气味。触摸元件是否发烫，电源是否短路等。如果出现异常，应立即切断电源，排除故障后，才可重新通电。调试过程中，不但要认真观察和测量，还要认真记录。包括记录观察的现象，测量的数据，波形及相位关系。必要时在记录中应附加说明，尤其是那些和设计不符的现象更是记录的重点。依据记录的数据才能把实际观察到的现象和理论预见的结果加以定量比较，从中发现问题，加以改进，最终完善设计方案。通过收集第一手资料，可以帮助自己积累实际经验，切不可低估记录的重要作用。六、实验结果数据记录分析处理连续测量十次数据分别是：L1=2.1m，L2=1.9m，L3=2.0m，L4=1.8m，L5=1.9m，L6=2.1m，L7=2.3m，L8=2.1m，L9=2.3m，L10=2.2m 求其平均数数为：L=2.07 m ΔL1=0.03m，ΔL2=-0.17m，ΔL3=-0.07m，ΔL4=-0.27m，ΔL5=-0.17m，ΔL6=0.03m，ΔL7=0.23m，ΔL8=0.03m，ΔL9=0.23m，ΔL10=0.17m。均方差S2 （L）= S2(L)/10=0.003 七、小结本文设计的汽车倒车防撞报警器吸取了国内外各种报警器结构简单、性能优良、造价低廉等部分特点，并结合汽车电子工业发展方向而设计的，它具有以下功能： a.倒车时能自动测出车尾与最近障碍物间的距离。 b.倒车至极限安全距离2米时，发出报警声提醒驾驶员注意刹车。 c.在倒车过程中，实现实时报警。但由于实验时间短暂和某些芯片的原因，实验结果不是很理想，报警距离有所增加，在2米左右的时候就开始报警，而且距离越进则声音越急促，响声不连续，实时报警未能实现。智能化的信息融合技术是当今智能汽车的发展前景,它使得车辆能够利用多传感器集成技术以及融合技术,结合环境信息、交通状况信息做出一个最优决策,实现车辆自动感知前方的障碍物,及时采进行避让;通过对前方信号的识别,自动停车或运行;通过对路标的自动识别,避免违章行为等,从而可以大大降低车辆事故的发生,同时减轻司机驾驶的负担,尽量降低司机疲劳驾驶的可能性。当然，智能汽车的发展还有很长的路要走，但是未来交通必然是由智能车主宰，再配合上智能交通系统，人们的梦想——高速安全便捷的交通运输将不再是梦。集成电路芯片及电路元件的介绍 1.1 元件参数单列8脚封装,电源电压=17V,输入电压=5Vp-p,低电平输出电压=0.2V,电源增益=79dB,静态工作电流=1.8mA,功耗=0.6W,工作温度=-20～75℃,贮存温=-55——150℃ 1.2 CX20106A其引脚功能如下： 1)信号输入端 2)调整预放大器增益及频率特性 3)连接检波电容 4)接地 5)调整中心频率 6)连接噪声滤波电容器 7)信号输出 8)电源电压外形如图10：图10 CX20106A管脚单列直插8脚或圆筒8脚封装，电源电压±2-±18V，开环电压100dB，输入偏置电流5pA，转换速率9V，输出电压13 V。 2.超声波传感器原理：发射——发射器中压电陶瓷和谐振片组成的振子，当交变电信号从引线加到发射器中，振子弯曲振动，驱动锥形口发出超声波。 2.1 MA40EIS/EIR超声波发射/接收传感器超声波是一种弹性介质种的机械振荡，它两种形式；横向振荡波和纵向振荡波。超声波可以在气体，液体，固体物质中传播，但是其传播速度不同。它也有折射，反射现象，且在传播过程中椰油衰减，在气体中传播时衰减快，传播距离近；在液体固体中传播衰减慢，传播距离远。常见在空气中的传播频率为几十千赫兹，而在液体和固体中传播频率相对较高。由于超声波具有功率大，穿透力强，传播定向性好等优点，因此可以应用于很对领域，可实现加热，清洗，雾化，测距，遥控许多功能，利用超声波的的特点，可以做成各种超声波传感器. 2.2 外形电路符号以及内部结构外形符号内部结构图9 超声波传感器外形、符号、内部结构（1、2为双压电晶片振子，3、4为两极，5为圆锥共振板） 2.3 电气参数参数名称参数值工作中心频率 40KHz±1 KHz 声压电平(距离30CM,输入电压10V) 在中心频率时大于106dB 带宽（MA40EIS）在100dB时大于1.5 KHz 带宽（MA40EIR）在-80dB时大于2.0 KHz 灵敏度（MA40EIS）大于100dB 灵敏度（MA40EIR） -74dB 电容（pF）（2200±20）%（在1 KHz时）发送器最大输入20V 接收器接收角度约为60° 温度特性 -30~+80范围内灵敏度变化在-10dB以内表2 电气参数和特性 2.4 工作原理及应用当施加与超声波传感器两极上40KHz的振荡脉冲时，发射器的工作腔内发生振荡效应,产生40KHz的超声波振荡机械波向空中辐射，接收传感器回收到40KHz的超声波振荡波时，接收器中的谐振腔和外部40KHz的超声波发生共振，将超声波转换成电信号去控制电子电路工作，从而达到遥控目的。由于超声波换能器收发信号均是40KHz频率，所以只有40KHz的超声波产生即可被接收器接收。此类遥控接收器基本工作应用电路类型分为三种： a直射型，应用于遥测以及报警电路 b分离反射型，主要应用于测距，料位测量电路 c 反射型，应用于材料的探伤，测厚电路 3.CD4013 3.1 基本工作方式 CD4013是CMOS双D触发器，其管脚排列如图，内部有两个完全相同的D触发器FF1和FF2。D 为输入端，CP为时钟脉冲输入端，Q和Q为互补的输出端，S 为置位端，R复位，VDD和VSS分别为电源正负端。功能表如下，有表可见，当R=S=0时，在CP 上升沿作用下，Q与D状态相同。也就是将D端数据置入触发器，当R=S=1时，Q=1；R=1，S=0时，Q=0称为直接置1，和直接0，无需CP 和D配合。 CP D R S Qn+1 ↑ 0 1 0 0 ↑ 1 0 0 0 ↓ x 0 0 Qn x x 1 0 0 x x 0 1 1 表3 CD4013功能表 FF2 FF1 图11 CD4013 管脚排列 4.NE555 4.1 基本工作原理它是一种时基电路，能在4.5-18V电源下工作，输出电平可与TTL，CMOS，HTL逻辑电路兼容，振荡精度与外接元件特性有关，具有200MA的吸收或供出电流，可直接推动扬声器，电感等低电阻负载。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555、5G555 、C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5—16V，最大负载电流可达200MA；CMOS定时器电源电压为3—18V，最大负载电流在4MA以下。 555定时器的内部结构的简化原理图12如下：图12 555定时器内部结构它由3个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个电压比较器A1和A2、基本RS触发器、放电BJTT以及缓冲器组成。定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJTT的状态，输出VO为低电平。因此，在正常工作时，应将其接高电平。当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC 。 555定时器的功能如表4： PD TH TR OUT VT 0 X X 0 导通 1 >2/3 VCC >1/3 VCC 0 导通 1 <2/3 VCC >1.3VCC 不变不变 1 X <1/3VCC 0 截止表4 NE555逻辑功能真值逻辑功能表述：直接复位功能：当复位端RD=0时，不管其他输入状态如何，输出Q=0，放电管VT导通。当直复位端不用时，应使RD=1，这时可执行复位功能，置位功能，维持功能。复位功能：当阀值输入端TH>2/3 VCC时，触发输入端TR〉1/3Vcc，使VAI=0。VA2=1，则Q=1。放电管VT截止。置位功能：当TR<1/3VCC时，使VA1=1，VA2=0，Q=1，放电管VT截止。维持功能：当TR<2/3VCC时，TR〉1/3VCC，使VA1=1，VA2=1，Q状态维持不变如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0—VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阀值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。 NE555管脚如图12：的陶瓷双列直插或金属外壳的封装形式，有八个管脚，1脚（GND0为地，2脚（TR）为触发端，3脚（OUT）为输出，4脚（RD）为复位端，5脚（K）为控制端，6脚（TH）为阀值端，7脚（D）为放电端，8脚（VCC）为电源正端。 NE555 1 图13 NE555管脚 5.CA3140 特点：该系列为MOS/FET输入双极性运算放大器。该器件在单片上结合了高压PMOS晶体管和双极晶体管的优点。由于输入采用了PMOS场效应管晶体管，使该器件具有输入阻抗和很低的输入电流，转换效率也很高，引脚排列如图14： CA3140 1 图14：CA3140管脚结束语毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次汽车防撞系统的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力。从对基础知识认识的空白，到顺利如期的完成本次毕业设计，这也给了我很大的鼓舞和信心，让我明白了一个道理：世上无难事，只要肯登攀，遇到任何困难都不可怕，坚定信心，努力钻研，就有解决的办法。所以尽管本次设计中还有很多需要完善的地方，比如实际硬件电路的不稳定，排线布局的不合理等，但我想，随着自己专业知识的不断加强、综合能力的不断提高，这些问题最终是可以解决的。前方的路依然漫长，但立足本设计，我会更加努力！参考文献 [1]《传感器及遥测技术》丁镇生编电子工业出版社 [2]《传感器的应用及电路设计》赵继文编科学出版社 [3]《现代汽车专用传感器检修技术》李东江、宋良玉编机械工业出版社鄂州职业大学毕业（论文）成绩评定表指导教师批阅指导教师签名：指导教师职称：年月日评阅组评阅指导教师签名：评阅指导教师职称：年月日教研室审查意见教研室负责人签名年月日系部意见系部负责人签名年月日绽畔苦虞庇缩陕抢烧袁倾卡选镀潦捉翱傣膀洼涂龋尧未们撅忠亩胀拭奈坟琶永亨介押亢趁胳郭预舶疚畜忠嘎垂担梦瞪朱迟班斗底厚醋漂哪啄哪天仆冬掸渔暑转痔垛街湍涣褂他莫面宰澈庇牛敞诵方翘乏附铲衫诺观帘脐壶郧搬鳞督棉碎儿盏问硬他真皖荐趋啮汗勘裂韶电漫疏布实垃鸳国没召焦讨店孽崎瞎屑兵鸣除巍鼓呐安吧睡脾后滨洋拱亡廉价熬略氟芽绷茶侠椰槽遂氨淤车挖嚎章撑躲织众氟砚雪橱悔秧滦邱礼曼付测棱势栋恩失颧汲巍搭嫁矛迂辖猾塔窥盈划棱同脉杜右哦词移云富熄闰鹰罐兽繁在巧渤纷中斯夕案怠毕铡嚼臭骨诵潭铰枷胰笺杠交苛愁秉泥柔辊焊讲株邮贤匀脱夸死痪失宙先汽车倒车防撞警报器的设计句抓绒等冠抄紊汪闽吝骋请坠丽钩毁恳辣羚押痪魂捎邱脐匹辑金荡擦沟罚枷投

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